WPROWADZENIE

Najbardziej skutecznym sposobem leczenia z³oœli-

wych guzów litych do dnia dzisiejszego jest ich chirur-

giczne usuniêcie w mo¿liwie najwczeœniejszym stadium

rozwoju. Leczenie takie bardzo czêsto uzupe³niane jest

chemioterapi¹ i radioterapi¹. Od kilku lat trwaj¹ intensyw-

ne prace badawcze maj¹ce na celu wprowadzenie do te-

rapii leków hamuj¹cych angiogenezê. Wstêpne doniesie-

nia kliniczne s¹ doœæ zachêcaj¹ce.

ANGIOGENEZA

W komórkach guza, którego rozmiar przekroczy³ 1 mm

3

,

wystêpuje hipoksja i hipoglikemia, poniewa¿ od¿ywianie

tych komórek wy³¹cznie drog¹ dyfuzji jest ju¿ niewystar-

czaj¹ce. Niedotlenienie komórek prowadzi do powstania

proteiny zwanej Hypoxia Inducible Factor-1 (HIF-1),

która wspólnie z produktami zmutowanych genów p53,

src, ras i raf stymuluje produkcjê jednej z g³ównych cyto-

kin proangiogennych – czynnika wzrostu komórek œród-

163

Onkol. Pol. 2000, 3, 3: 163-167

ISSN 1505-6732

Prace pogl¹dowe

Hamowanie funkcji metaloproteinaz

– mo¿liwoœci zastosowania klinicznego

Matrix metalloproteinase inhibition – posibility of clinical use

Krzysztof Ko³omecki

Klinika Chirurgii Endokrynologicznej i Ogólnej Instytutu Endokrynologii AM w £odzi

STRESZCZENIE

W rozwoju nowotworów, wœród wielu czynników, znacz¹c¹ rolê odgrywaj¹ enzymy proteoli-

tyczne zwi¹zane z atomami Zn-metaloproteinazy (MMPs). Powoduj¹ one degradacjê b³ony

podstawnej naczyñ oraz macierzy zewn¹trzkomórkowej, co umo¿liwia wzrost guza i powsta-

wanie przerzutów. Udowodniono rolê MMPs w rozwoju wielu guzów z³oœliwych oraz chorób

nienowotworowych. Naturalnymi inhibitorami MMPs s¹ a2-makroglobulina i tkankowe inhibi-

tory metaloproteinaz (TIMPs). Poziom MMPs w tkankach mo¿na obni¿aæ przez hamowanie

ich wytwarzania (blokowanie lub transfekowanie odpowiednich genów, dzia³anie rybozymu na

mRNA) lub hamowanie aktywacji MMPs (np. inhibitory aktywatorów plazminogenu). Istnieje

równie¿ mo¿liwoœæ hamowania aktywnych postaci MMPs przez podawanie zwi¹zków chela-

towych. Zwi¹zkami takimi s¹ antybiotyki (pochodne tetracyklin i antybiotyków antracyklino-

wych), zwi¹zki karboksyalkilowe, hydroksamatowe (batimastat, marimastat), tiole i fosfona-

midy. Wyniki badañ klinicznych nad zastosowaniem wybranych zwi¹zków (np. marimastatu)

s¹ zachêcaj¹ce.

S£OWA KLUCZOWE:

angiogeneza, metaloproteinazy, inhibitory metaloproteinaz

ABSTRACT

Proteolityc enzymes, Zn ion dependent metaloproteases (MMPs), play significant role in the

development of neoplasms. They degrade the vascular basal membrane and extracellular ma-

trix (ECM) and, therefore, enable tumour growth and formation of distant metastases. The role

of MMPs in the development of malignant neoplasms and non-malignant diseases has been

confirmed. Natural MMPs inhibitors are: a2-macroglobulin and tissue MMPs inhibitors (TIMPs).

The MMP level in tissues can be decreased as a result of inhibiting production of MMPs (knoc-

king out the normal gene or transfecting it, as well as reducing the production of mRNA for

a specific MMP by means of antisense RNA or ribozimes) or their activation (inhibitors of pla-

sminogen activators). It is also possible to block active MMPs by chelating agents, including

antibiotics (tetracyclines or antracycline derivants), carboxyalkyl, hydroxamates agents (Ma-

rimastat), thiols and phosphonamidates compounds. The results of clinical research on the

use of some of these agents (for examole Marimastat) are encouraging.

KEY WORDS:

angiogenesis, metaloproteinases, inhibitors of metaloproteinases

b³onka (vascular endothelial growth factor – VEGF).

VEGF wspólnie z innymi cytokinami, takimi jak czynnik

wzrostu fibroblastów (bFGF), ³o¿yskowy czynnik wzro-

stu (PlGF), nie tylko stymuluje komórki œródb³onka na-

czyniowego do proliferacji i migracji, ale równie¿ aktywu-

je gen bcl-2, którego produkt hamuje apoptozê. VEGF

wzmaga przepuszczalnoœæ naczyñ (dzia³a 50 000 razy sil-

niej ni¿ histamina), umo¿liwiaj¹c przez to przenikanie do

przestrzeni pozanaczyniowej plazminogenu i fibrynogenu.

Wspólnie z innymi cytokinami aktywuje aktywatory pla-

zminogenu, takie jak aktywator urokinazowy (uPA) czy

tkankowy (tPA). Pod wp³ywem tych aktywatorów docho-

dzi do rozszczepienia plazminogenu i uwolnienia protea-

zy zwanej plazmin¹. Plazmina ods³ania centra aktywne

metaloproteinaz (MMPs) – enzymów proteolitycznych

macierzy zewn¹trzkomórkowej (ECM) przez odszczepie-

nie cysteiny od regionu zawieraj¹cego atom cynku (1-4).

METALOPROTEINAZY

Metaloproteinazy s¹ enzymami proteolitycznymi od-

powiedzialnymi za degradacjê wielu bia³ek ECM. Jako je-

dyne trawi¹ kolagen typu IV, który stanowi szkielet b³o-

ny podstawnej naczyñ. Dopiero uszkodzenie tej b³ony

umo¿liwia migracjê komórek œródb³onka naczyniowego

do ECM i tworzenie nowych naczyñ, w przestrzeni rów-

nie¿ zdegradowanej przez MMPs. Przez uszkodzon¹ b³o-

nê podstawn¹ mog¹ migrowaæ nie tylko komórki œród-

b³onka, ale równie¿ komórki nowotworowe, co prowadzi

do powstawania przerzutów (3, 4).

MMPs s¹ endopeptydazami zwi¹zanymi z atomami

Zn, wykazuj¹cymi aktywnoœæ w neutralnym pH i w obe-

cnoœci jonów wapnia. Atomy Zn odgrywaj¹ rolê katali-

tyczn¹ oraz strukturaln¹ (4).

Poznano 20 MMPs, które podzielono na 4 podstawo-

we grupy: kolagenazy, gelatynazy, stromielizyny i tzw.

b³onowe MMPs (MT-MMPs). Poszczególne MMPs ró¿-

ni¹ siê miêdzy sob¹ budow¹ oraz substratami, na które od-

dzia³uj¹. Wydzielane s¹ w formie nieczynnych proen-

zymów i w takiej postaci znajduj¹ siê we wszystkich

tkankach ustroju. MMPs bior¹ udzia³ w wielu procesach

fizjologicznych, takich jak np. przebudowa endometrium

macicy w czasie cyklu miesi¹czkowego, przebudowa ko-

œci i chrz¹stek (odgrywaj¹ znacz¹c¹ rolê w osteoporozie),

uczestnicz¹ w gojeniu siê ran, a tak¿e owrzodzeñ ¿o³¹dka

i dwunastnicy (4, 5). Aktywacja MMPs polega na od-

szczepieniu cysteiny z fragmentu enzymu zwi¹zanego

z atomem Zn, co prowadzi do zmiany konformacji cz¹-

steczki i umo¿liwia proteolityczne odszczepienie frag-

mentu N-koñcowego, w wyniku czego dochodzi do ods³o-

niêcia centrum aktywnego z atomem Zn.

Uczestniczyæ w tym mog¹ inne MMPs; np. MMP-2

jest silnym aktywatorem MMP-9 (3). MMP-2, MMP-3,

MMP-7, MMP-9 s¹ enzymami degraduj¹cymi kolagen ty-

pu IV, bez strawienia którego nie mo¿e dojœæ do uszko-

dzenia b³ony podstawnej naczynia. Z rozwojem ka¿dego

guza z³oœliwego musi byæ zatem zwi¹zana chocia¿ jedna

z tych MMPs. Pozosta³e MMPs, takie jak MMP-1, MMP-8,

inne rodzaje kolagenu i bia³ka zawarte w ECM równie¿

przyczyniaj¹ siê do wzrostu nowotworu. MT-MMP bêd¹c

enzymami b³onowymi komórek nowotworowych aktywuj¹

inne MMPs; np. MT1-MMP aktywuje MMP-2, MMP-9,

MMP-13 (6, 7).

MMP-1 odgrywa rolê w rozwoju raka jelita grubego,

p³uca, trzustki, p³askonab³onkowych raków g³owy i szyi

oraz czerniaka. MMP-3 odgrywa rolê w rozwoju raków

urotelialnych, kory nadnercza, p³askonab³onkowych oraz

w chorobach nienowotworowych, takich jak choroba

Crohna i wrzodziej¹ce zapalenie jelita grubego. Nie po-

twierdzono udzia³u tego enzymu w rozwoju raka jelita

grubego oraz ¿o³¹dka. MMP-7 odgrywa rolê w rozwoju

raka ¿o³¹dka, jelita grubego, prostaty, a MMP-8 w raku

kory nadnercza i peridontozie. Potwierdzono znaczenie

MMP-9 w takich rakach, jak rak trzustki, rdzeniasty tar-

czycy, jelita grubego, sutka, nerki, prostaty (tylko w gu-

zach aneuploidalnych), kory nadnercza oraz w p³askona-

b³onkowych rakach g³owy i szyi. MMPs odgrywaj¹ rolê

w rozwoju ró¿nych guzów z³oœliwych i dlatego tak wa¿-

ne jest stwierdzenie, które MMPs odgrywaj¹ rolê w roz-

woju poszczególnych nowotworów, gdy¿ tylko wówczas

mo¿e istnieæ mo¿liwoœæ blokowania w³aœciwych MMPs

dla danego guza (4, 7-9).

HAMOWANIE FUNKCJI MMPs

Naturalnymi inhibitorami MMPs s¹ tkankowe inhibi-

tory metaloproteinaz (TIMPs) oraz a2-makroglobulina.

Produkowana przez w¹trobê du¿a proteina (750 kDa) –

a2-makroglobulina – jest niespecyficznym inhibitorem

wszystkich MMPs, lecz du¿e rozmiary cz¹steczki obni¿a-

j¹ jej zdolnoœæ do penetracji pozanaczyniowej, co ograni-

cza bardzo znacznie efekt hamowania MMPs. a2-makro-

globulina pod wp³ywem przy³¹czonej cz¹steczki MMP

zmienia swoj¹ strukturê i zamyka enzym w „klatce” swo-

jej cz¹steczki (4, 10).

Aktualnie znane s¹ cztery rodzaje TIMPs (TIMP-1,

TIMP-2, TIMP-3, TIMP-4). Mechanizm hamowania akty-

wacji MMPs polega na zablokowaniu przez TIMP, dome-

n¹ N-koñcow¹, mo¿liwoœci odszczepienia przez aktywa-

tory N-koñcowego fragmentu MMP, co prowadzi³oby do

ods³oniêcia aktywnego centrum. Ponadto TIMP-2 ma do-

datkowo zdolnoϾ blokowania MMP-2 i MMP-3, ponie-

wa¿ mo¿e wi¹zaæ siê z nimi równie¿ przez domenê C-koñ-

cow¹ (4). W tkankach najbardziej rozpowszechnione s¹

TIMP-1 i TIMP-2. Dzia³aj¹ one antyangiogennie równie¿

przez bezpoœrednie hamowanie migracji i proliferacji ko-

mórek œródb³onka naczyniowego. TIMP-2 wykazuje tak-

¿e dzia³anie cytostatyczne na komórki guza, powoduj¹c

zamykanie ich w sieci œródmi¹¿szowego kolagenu (4, 11).

Zaobserwowano, ¿e TIMPs, mimo swoich w³aœciwo-

œci hamuj¹cych MMPs, mog¹ równie¿ stymulowaæ roz-

wój nowotworów. Poziom TIMP-1 jest podwy¿szony

u chorych z zaawansowanym rakiem prostaty, w utkaniu

niektórych postaci raka sutka i jelita grubego. Podwy¿szo-

na aktywnoϾ TIMP-1 i TIMP-2 w tkance nowotworo-

wej pogarsza rokowanie np. u chorych z rakiem pêcherza

moczowego. Mechanizm tego zjawiska jest do tej pory

niejasny. Stwierdzono jednak, ¿e TIMP-2 wi¹¿e siê

164

Onkol. Pol. 2000, 3, 3: 163-167

ISSN 1505-6732

Matrix metalloproteinase inhibition – posibility of clinical use

Krzysztof Ko³omecki

z proMMP-2 przez domenê C-koñcow¹ i z MT1-MMP

przez domenê N-koñcow¹.

Kompleks taki jest blisko zwi¹zany z powierzchni¹

komórki, na której licznie znajduj¹ce siê inne cz¹steczki

MT1-MMP aktywuj¹ cz¹steczkê MMP-2. Sugeruje siê, ¿e

cz¹steczki TIMPs mog¹ zachowywaæ siê jak ligandy dla

receptorów czynników wzrostu oraz cytokin i wp³ywaæ t¹

drog¹ na komórki guza niezale¿nie od wzajemnych inte-

rakcji z MMPs (12-14).

MMPs i TIMPs wystêpuj¹ w formach nieczynnych en-

zymatycznie kompleksów, które musz¹ ulec rozszczepie-

niu, ¿eby uwolniæ aktywne MMPs. Przyjmuje siê, ¿e o ak-

tywnoœci proteolitycznej MMPs decyduje nie stopieñ ich

ekspresji, ale wzajemny stosunek miêdzy nimi a czynni-

kami hamuj¹cymi ich aktywnoœæ. Zaburzenie tego wza-

jemnego stosunku w tkance nowotworowej prowadzi do

patologicznego zjawiska rozwoju guza z³oœliwego (4).

MO¯LIWOŒCI OBNI¯ENIA POZIOMU MMPs

W TKANKACH

Na poziom aktywnych form MMPs mo¿na wp³yn¹æ

w dwojaki sposób – blokuj¹c wytwarzanie MMPs lub ha-

muj¹c ich aktywnoœæ.

Zablokowanie genów odpowiedzialnych za wytwarza-

nie odpowiednich MMPs spowodowa³oby oczywiœcie

spadek ich poziomu w tkankach. Podobny efekt mo¿na by

165

Onkol. Pol. 2000, 3, 3: 163-167

ISSN 1505-6732

Hamowanie funkcji metaloproteinaz – mo¿liwoœci zastosowania klinicznego

Krzysztof Ko³omecki

Nr / No.

1.

2.

3.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

20.

21.

22.

23.

24.

Nazwa / Name

kolagenaza 1, tzw. œródmi¹¿szowa

collagenase 1, interstitial

¿elatynaza A (72-kDa ¿elatynaza)

gelatinase A (72-kDa gelatinase)

stromelizyna 1

stromelysin 1

matrylizyna

matrilysin

kolagenaza 2, tzw. neutrofilowa

collagenase 2, neutrophil

¿elatynaza B (92-kDa ¿elatynaza)

gelatinase B (92-kDa gelatinase)

stromelizyna 2

stromelysin 2

stromelizyna 3

stromelysin 3

metaloelastaza makrofagowa

macrophage metalloelastase

kolagenaza 3 / collagenase 3

MT1-MMP

MT2-MMP

MT3-MMP

MT4-MMP

kolagenaza 4 / collagenase 4

enamelizyna / enamelysin

brak nazwy / no trivial name

brak nazwy / no name

brak nazwy / no name

MT5-MMP

G³ówne substraty / Substrates

kolagen I, II, III, VII, VIII, X, ¿elatyna, etaktyna, agrekan

collagen I, II, III, VII, VIII, X, gelatin, etaktyn, agrecan

kolagen I, IV, V, VII, X, XI, XIV, ¿elatyna, fibronektyna, laminina, agrekan, elastyna

collagen I, IV, V, VII, X, XI, XIV, gelatin, fibronectin, laminin, agrecan, elastin

kolagen III, IV, V, IX, X, XI, ¿elatyna, laminina, fibronektyna, elastyna, agrekan, kazeina,

tenascyna

collagen III, IV, V, IX, X, XI, gelatin, laminin, fibronectin, elastin, agrecan, cazein, tenascin

kolagen IV, X, ¿elatyna, laminina, fibronektyna, kazeina

collagen IV, X, gelatin, laminin, fibronectin, cazein

kolagen I, II, III, V, VII, VIII, X, proteoglikany, fibronektyna

collagen I, II, III, V, VII, VIII, X, proteoglycan, fibronectin

kolagen IV, V, VII, X, XIV, ¿elatyna, agrekan, elastyna, etaktyna, fibronektyna

collagen IV, V, VII, X, XIV, gelatin, agrecan, elastin, fibronectin

kolagen III, IV, V, ¿elatyna, kazeina, elastyna, laminina, agrekan, fibronektyna

collagen III, IV, V, gelatin, cazein, elastin, laminin, fibronectin

kolagen IV, fibronektyna, laminina, agrekan, kazeina, ¿elatyna

collagen IV, fibronectin, laminin, agrecan, cazein, gelatin

kolagen IV, elastyna, ¿elatyna, fibronektyna, witronektyna, laminina

collagen IV, elastin, gelatin, fibronectin, vitronectin, laminin

kolagen I, II, III / collagen I, II, III

kolagen III, ¿elatyna, fibronektyna, witronektyna, agrekan, perlekan, laminina, tenescyna,

nidogen

collagen III, gelatin, fibronectin, vitronectin, agrecan, perlecan, laminin, tenescin, nidogen

agrekan, perlekan, laminina, bronektyna, tenescyna, nidogen

agrecan, perlecan, laminin, bronectin, tenescin, nidogen

kolagen III, ¿elatyna / collagen III, gelatin

prekursory cytokin / precursors of cytokins

kolagen I, II, III / collagen I, II, III

amelogenin / amelogenin

nieznane / unknown

–

/

–

–

/

–

–

/

–

TABELA I. Metaloproteinazy
TABLE I.

Metalloproteinases

uzyskaæ przez transfekowanie genów odpowiedzialnych

za wytwarzanie TIMPs. Próbuje siê transfekowaæ cDNA

odpowiedzialne za produkcjê TIMP do komórek guza, u¿y-

waj¹c wektora retrowirusowego. U myszy transfekowanych

cDNA dla TIMP-2 uzyskano wzrost poziomu inhibitora

wystarczaj¹cy do zahamowania wzrostu guza. Trudnoœci¹,

ograniczaj¹c¹ próby szerszego zastosowania tej metody,

jest problem w znalezieniu odpowiedniego wektora do

stosowania uogólnionego, a nie tylko miejscowego (12, 15).

Wytwarzanie mRNA dla w³aœciwej MMP mo¿na zaha-

mowaæ przez stosowanie antisense RNA lub rybozymu (frag-

ment RNA maj¹cy w³aœciwoœci enzymu degraduj¹cego RNA).

Rybozymy mog¹ oddzia³ywaæ na wybrany rodzaj mRNA.

W warunkach laboratoryjnych uzyskano obni¿enie produkcji

MMP-3 i MMP-9 po zastosowaniu w³aœciwych rybozymów.

Obni¿enie poziomu mRNA powoduj¹ równie¿ tetracy-

kliny, omówione szerzej w dalszej czêœci pracy (16, 17).

Zwi¹zkami hamuj¹cymi ekspresjê genów MMPs s¹ reti-

noidy (np. witamina A), które stymuluj¹ blokowanie czê-

œci promotorowej genu przez bia³ka transkrypcyjne. Wy-

kazano kliniczn¹ skutecznoœæ retinoidów w hamowaniu

rozwoju guzów, np. raków p³askonab³onkowych (18).

Obecnie nieznane s¹ zwi¹zki hamuj¹ce wydzielanie

MMPs z komórki, istniej¹ jednak doniesienia informuj¹ce,

¿e niektóre MMPs, takie jak MMP-3 i MT1-MMP, s¹ akty-

wowane przez furynê. Wydaje siê mo¿liwe, aby inhibito-

ry furyny mog³y zapobiegaæ aktywacji MMPs przed ich

opuszczeniem komórki lub powodowaæ wydzielanie nie-

czynnych enzymów (19).

Wydzielone z komórek proMMPs s¹ aktywowane

przez proteazy serynowe, g³ównie plazminê (pochodz¹c¹

z plazminogenu) oraz w mniejszym stopniu kalikreinê, ka-

tepsynê G i chymazy pochodz¹ce z komórek tucznych.

Próbuje siê blokowaæ geny odpowiedzialne za produkcjê

plazminogenu lub aktywatorów plazminogenu. Myszy

pozbawione plazminogenu nie wytwarza³y MMP-9, na-

wet gdy by³y do tego stymulowane (20).

Zauwa¿ono, ¿e komórki nacieku zapalnego, np. ma-

krofagi, mog¹ wp³ywaæ na poziom MMPs w tkankach.

Stosuj¹c niesteroidowe leki przeciwzapalne, takie jak blo-

kery cyklooksygenazy I i II (aspiryna, piroksykam i me-

loksykam), uzyskano zmniejszenie poziomu MMPs

w tkankach nowotworowych (21).

Wydaje siê, ¿e istnieje mo¿liwoœæ wypierania MMPs

z ich po³¹czeñ z receptorami. Zaobserwowano, ¿e MMP-7

i MMP-13 jest wypierana z po³¹czeñ z receptorami przez

heparynê (22).

Zwi¹zki chelatowe blokuj¹ zarówno aktywacjê

proMMPs, jak i dzia³anie na substraty form MMPs ju¿ zak-

tywowanych przez wytwarzanie wi¹zañ chelatowych

z aktywnym centrum zawieraj¹cym jon Zn.

Zwi¹zkami chelatowymi s¹ niektóre antybiotyki,

zwi¹zki tiolowe, karboksyalkilowe, hydroksamatowe i fo-

sfonamidy. Zwi¹zki te nie wykazuj¹ specyficznoœci i blo-

kuj¹ ka¿dy enzym zawieraj¹cy Zn, aczkolwiek stwierdzo-

no, ¿e niektóre z nich maj¹ wiêksze powinowactwo do

konkretnych MMPs (28).

Najwiêksz¹ uwagê skupiono obecnie na zwi¹zkach

hydroksamatowych. Niektóre z nich s¹ w II i III fazie prób

klinicznych. W trakcie prób klinicznych s¹ batimastat

(BB-94) i marimastat (BB2516). S¹ to podobne do siebie

zwi¹zki zbli¿one budow¹ do kolagenu. Poniewa¿ batimastat

mo¿e byæ stosowany wy³¹cznie dootrzewnowo, co ograni-

cza w istotny sposób mo¿liwoœæ zastosowania go w klinice,

uwagê skupiono nad mo¿liwoœci¹ klinicznego zastosowania

marimastatu. Marimastat mo¿e byæ stosowany doustnie. Obe-

cnie trwaj¹ kliniczne prace badawcze nad zastosowaniem te-

go zwi¹zku w leczeniu m.in. raków p³uca, jelita grubego, jaj-

ników, prostaty oraz trzustki. Obserwowano liczne objawy

uboczne u zwierz¹t doœwiadczalnych, którym podawano

marimastat w dawce 100-500 mg/kg/dzieñ. By³y to owrzo-

dzenia przewodu pokarmowego, powik³ane czêsto krwa-

wieniem, znaczna utrata wagi, stany zapalne stawów kola-

nowych i ³okciowych oraz zaniki miêœniowe. U ludzi stoso-

wano dawkê zredukowan¹ do 50-100 mg/kg/dzieñ i nie

stwierdzono objawów ubocznych poza zapaleniami wielo-

stawowymi, pojawiaj¹cymi siê u chorych przy stosowaniu

dawki 100 mg/kg/dzieñ przez okres powy¿ej 8 tygodni.

Stwierdzono, ¿e dawka 50 mg/kg/dobê jest wystarcza-

j¹ca do uzyskania efektu zahamowania aktywnoœci MMP-2

i MMP-9 w raku p³uca przy jednoczesnym braku dzia³añ

ubocznych leku (4, 9).

Innym zwi¹zkiem z tej grupy, bêd¹cym w trakcie ba-

dañ klinicznych, jest preparat Trochate (Ro 32-3555).

Uzyskane wyniki s¹ zbli¿one do wyników uzyskiwanych

po zastosowaniu marimastatu (5).

Pochodn¹ karboksyalkilow¹ jest preparat oznaczony

jako AG 3340, który hamuje funkcjê MMP-2, MMP-9,

MMP-13 i MMP-14. Obecnie znajduje siê w trakcie prób

na zwierzêtach (23).

Spoœród innych zwi¹zków do prób klinicznych wszed³

preparat bryostatin-1 – lakton makrocykliczny. Jego me-

chanizm dzia³ania antynowotworowego do tej pory jest

niejasny, jednak¿e wykazano, ¿e ma wp³yw hamuj¹cy na

produkcjê MMP-1, MMP-3, MMP-9, MMP-10, MMP-11.

Próby kliniczne wykaza³y doœæ dobr¹ tolerancjê bryosta-

tyny. U niektórych chorych stwierdzono dzia³anie niepo-

¿¹dane pod postaci¹ objawów grypopodobnych (4).

Firma Bayer testuje na modelach zwierzêcych po-

chodn¹ bifenolow¹ oznaczon¹ symbolem BAY 12-9566.

Zwi¹zek ten hamuje aktywnoœæ przede wszystkim MMP-3

i w mniejszym stopniu MMP-2, MMP-8, MMP-9. Obe-

cnie rozpoczêto badania kliniczne nad zastosowaniem te-

go zwi¹zku u chorych z zapaleniami kostnostawowymi

w przebiegu choroby reumatycznej (24).

Istnieje du¿e prawdopodobieñstwo, ¿e lekami, które znaj-

d¹ miejsce w hamowaniu aktywnoœci MMPs, bêd¹ antybio-

tyki. W trakcie przeprowadzonych badañ in vitro oraz in

vivo stwierdzono, ¿e tetracykliny, a przede wszystkim ich

pó³syntetyczne pochodne: doksycyklina i minocyklina, ha-

muj¹ funkcjê MMP-1, MMP-2 i MMM-12. Problemem

przy stosowaniu tych leków jest wystêpowanie bardzo do-

kuczliwych zaburzeñ jelitowych, spowodowanych zaburze-

niami flory jelitowej, przy d³ugotrwa³ym stosowaniu tych

antybiotyków (w celu hamowania funkcji MMPs nale¿y

je podawaæ przez wiele tygodni). W zwi¹zku z tym do

prób klinicznych wprowadzono obecnie pochodne tetracy-

klin, których cz¹steczka zosta³a pozbawiona fragmentu

odpowiedzialnego za dzia³anie antybakteryjne. Hamowa-

nie aktywnoœci MMPs odbywa siê na skutek powstawa-

166

Onkol. Pol. 2000, 3, 3: 163-167

ISSN 1505-6732

Matrix metalloproteinase inhibition – posibility of clinical use

Krzysztof Ko³omecki

167

Onkol. Pol. 2000, 3, 3: 163-167

ISSN 1505-6732

Hamowanie funkcji metaloproteinaz – mo¿liwoœci zastosowania klinicznego

Krzysztof Ko³omecki

Piœmiennictwo

1. Bouck N., Stellmach V., Hsu S.C.: How tu-

mors become angiogenic. Adran. Cancer

Res. 1996, 69, 135-174.

2. Folkman J.: Clinical application of research

on angiogenesis. N. Engl. J. Med. 1995, 333,

1757-1763.

3. Ray J.M., Stetler-Stevenson W.G.: The role

of matrix metalloproteinases and their inhibi-

tors in tumor invasion, metastasis and angio-

genesis. Eur. Respir. J. 1994, 7, 2062-2072.

4. Wojtowicz-Praga S.M., Dickson R.B., Haw-

kins M.J.: Matrix metalloproteinase inhibi-

tors. Invest. New Drugs 1997, 15, 61-75.

5. Woessner J.F.Jr: Matrix metalloproteinase inhi-

bition. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1999, 878, 388-403.

6. Kitagawa Y., Kunimi K., Ito H.: Expression and

tissue localization of membrane – type 1, 2

and 3 matrix metalloproteinases in human

urothelial carcinomas. J. Urol. 1998, 160,

1540-1545.

7. Ko³omecki K., Stêpieñ H., Narêbski J.M.: Ma-

trix metalloproteinase serum levels in surgi-

cally treated adrenal tumours. J. Endocrinol.

Invest. 1999, 22 (supl. 7), 63.

8. Tomita T., Iwata K.: Matrix metalloproteinases

and tissue inhibitors of metalloproteinases in

some endocrine organs and their tumors.

Endocrin. Pathol. 1999, 10, 15-26.

9. Wojtowicz-Praga S., Torri J., Johnson M. i wsp.:

Phase I trial of marimastat (BB-2516), a no-

vel matrix metalloproteinase inhibitor admini-

stered orally to patients with advanced lung

cancer. J. Clin. Oncol. 1998, 16, 2150-2156.

10. Nagase H., Itoh Y., Binner S.: Interaction of

alpha 2-macroglobulin with matrix metallo-

proteinases and its use for identification of

their active forms. Ann. N. Y. Acad. Sci.

1994, 732, 294-302.

11. Montgomery A.M., Mueller B.M., Reisfeld

R.A. i wsp.: Effect of tissue inhibitor of the

matrix metalloproteinases-2 expression on

the growth and spontaneous metastasis of

a human melanoma cell line. Cancer Res.

1994, 54, 5467-5473.

12. Blavier L., Nenriet P., Imren S., DeClerck Y.A.:

Tissue inhibitors of matrix metalloproteinases

in cancer. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1999, 878,

108-119.

13. Grignon D.J., Sakr W., Toth M. i wsp.: High le-

vels of tissue inhibitor of metalloproteinase-2

(TIMP-2) expression are associated with

poor outcome in invasive bladder cancer.

Cancer Res. 1996, 56, 1654-1659.

14. Lindsay C.K., Thorgeirsson V.P., Tsuda H.:

Expression of tisue inhibitor of metalloprote-

inase-1 and type IV collagenase/gelatinase

messenger RNAs in human breast cancer.

Hum. Pathol. 1997, 28, 359-366.

15. Imren S., Kohn D.B., Shimada H. i wsp.:

Overexpression of tissue inhibitor of metallo-

proteinases-2 in vivo by retroviral mediated

gene transfer inhibits tumor growth and inva-

sion. Cancer Res. 1996, 56, 2891-2895.

16. Flory C.M., Pavco P.A., Jarvis T.C. i wsp.:

Nuclease-resistant ribozymes decrease stro-

melysin mRNA levels in rabbit synovium fol-

lowing exogenous delivery to the knee joint.

Proc. Natl. Sci. USA 1996, 93, 754-758.

17. Hua J., Muschel R.J.: Inhibition of matrix me-

talloproteinase 9 expression by a ribozyme

blocks metastasis in a rat sarcoma model sy-

stem. Cancer Res. 1996, 56, 5179-5284.

18. Schoenermark M.P., Mitchell T.I., Rutter J.L.

i wsp.: Retinoid-mediated suppression of tumor

invasion and matrix metalloproteinase synthe-

sis. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1999, 878, 466-485.

19. Maquoi E., Noel A., Frankenne F. i wsp.: In-

hibition of matrix metalloproteinase 2 matu-

ration and HT 1080 invasivenes by a synthe-

tic furin inhibitor. FEBS Lett. 1998, 424, 262-

-266.

20. Lijnen H.R., Vanhoef B., Lupu F. i wsp.: Fun-

ction of the plasminogen/plasmin and matrix

metalloproteinase systems after vascular in-

jury in mice with targeted inactivation of fibri-

nolytic system genes. Arterioscler. Thromb.

Vasc. Biol. 1998, 18, 1035-1045.

21. Greenwald R.A.: Thirty-six years in the clinic

without an MMP inhibitor. Ann. N. Y. Acad.

Sci. 1999, 878, 413-419.

22. Yu W.H., Woessner J.F.: Binding of matrylisin to

glycosaminoglycan. FASEB J. 1997, 9, A1227.

23. Shalinsky D.R., Brekken J., Zou H. i wsp.:

Broad antitumor and antiangiogenic activi-

ties of AG3340, a potent and selective MMP

inhibitor undergoing advanced oncology cli-

nical trials. Acad. N. Y. Sci. 1999, 878, 236-

-269.

24. Leff R.: Clinical trials of a stromelysin inhibi-

tor. Ann. N. Y. Sci. 1999, 878, 201-207.

25. Selzer M.G., Zhu B., Block N.L., Lokeshwar

B.L.: CMT-3, a chemically modified tetracyc-

line, inhibits bony metastases and delays the

development of paraplegia in a rat model of

prostate cancer. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1999,

878, 678-688.

26. Karakiulakis G., Missirlis E., Maragoudakis

M.E.: Basement membrane collagen-degra-

ding activity from a malignant tumor is inhibi-

ted by anthracycline antibiotics. Biochim. Bio-

phys. Acta 1990, 1035, 218-222.

27. Ogita T., Sato A., Enokita R. i wsp.: Matlysta-

tins, new inhibitors of type IV collagenases

from Actinomadura atramentaria. Taxono-

my, fermentation, isolation and physico-che-

mical properties of matlystatin-group com-

pounds. J. Antibiot. 1992, 45, 1723-1732.

28. Mallya S.K., VanWart H.E.: Mechanism of in-

hibition of human neutrophil collagenase by

gold(I) chrysotherapeutic compounds. Inter-

action at a heavy metal binding site. J. Biol.

Chem. 1989, 264, 1594-1601.

29. Wauters P., Eeckhout Y., Vaes G.: Oxidation

products are responsible for the resistance to

the action of collagenase conffered on col-

lagen by catechin. Biochem. Pharmacol.

1986, 35, 2971-2973.

30. Nagase H.: Activation mechanisms of matrix

metalloproteinases. Biol. Chem. 1997, 378,

151-160.

31. Pinedo H.: Clinical anti-angiogenic treatment:

a change of mind. International Meeting on

Angiogenesis, Amsterdam 2000, 36-37.

Adres do korespondencji:

Dr n. med. Krzysztof Ko³omecki

Klinika Chirurgii Endokrynologicznej

i Ogólnej AM

S.S. im. M. Kopernika

ul. Pabianicka 62

93-513 £ódŸ

Praca wp³ynê³a do Redakcji: 7.05.2000 r.

nia wi¹zania chelatowego miêdzy atomem C11 i C12 we

fragmencie cz¹steczki nieodpowiadaj¹cym za dzia³anie

antybakteryjne a centrum aktywnym MMPs. Tetracykliny

wp³ywaj¹ równie¿ na hamowanie funkcji mRNA w³aœci-

wego dla MMP-1, MMP-2, MMP-3, MMP-8 (4, 5, 25).

Antybiotyki antracyklinowe (daunorubicyna, doksorubi-

cyna, epirubicyna) wykazuj¹ hamuj¹cy wp³yw na aktywnoœæ

MMPs degraduj¹cych typ IV kolagenu i przez to dzia³aj¹

ochronnie na b³onê podstawn¹ naczyñ krwionoœnych (30).

Podobne dzia³anie wykazuj¹ tzw. matlystatyny, produ-

kowane przez szczepy Actinomadura atramentaria. Syn-

tetyczna pochodna zmodyfikowanej matlystatyny wyka-

za³a hamuj¹ce w³aœciwoœci na aktywnoœæ MMP-9.

Szczepy Streptomyces wytwarzaj¹ nikotynaminê, hamuj¹-

c¹ aktywnoœæ MMP-2 (5, 26, 27).

Sole z³ota, stosowane w leczeniu reumatycznego za-

palenia stawów, choroby równie¿ zwi¹zanej z nadczynno-

œci¹ MMPs, powoduj¹ zahamowanie aktywnoœci MMPs

przez przy³¹czenie atomu z³ota do miejsca, w którym wy-

stêpuje atom cynku (28).

Inn¹ mo¿liwoœci¹ hamowania MMPs jest blokowanie

miejsca rozszczepienia substratu przez MMP. Przyk³adem

tak dzia³aj¹cego zwi¹zku jest katechina (pochodna polife-

nolowa) (29). Tylko nieliczne z wymienionych zwi¹zków

chemicznych s¹ w trakcie prób klinicznych.

Spowodowanie obni¿enia funkcji kilku MMPs mo¿e

wywo³aæ obni¿enie poziomu innych aktywnych postaci

MMPs, poniewa¿ wiele MMP jest aktywowanych przez

inne, np. MMP-2 – proMMP-13, MMP-3 – proMMP-1,

MMP-7 – proMMP-9, MMP-3 – proMMP-9 (30).

Wydaje siê, ¿e zastosowanie inhibitorów MMPs w le-

czeniu chorych z nowotworami z³oœliwymi mo¿e powo-

dowaæ nie tyle zmniejszenie masy guza, co zahamowanie

jego dalszego wzrostu i powstawanie przerzutów. Leki te

powinny byæ stosowane wraz z innymi, „klasycznymi”

cytostatykami, tym bardziej ¿e preparaty hamuj¹ce angio-

genezê znacznie zwiêkszaj¹ wra¿liwoœæ komórek guza na

cytostatyki. Istnieje jednak niebezpieczeñstwo sumowania

siê dzia³añ toksycznych tych leków (5, 31).